本发明涉及土工试验技术领域，具体涉及一种应用于细粒土精确控制压实度的制样装置，为室内试验中，重塑细粒土制作不同压实度、不同含水率的试样提供更具方便性和精准度的工具，同时可以作击实试验仪器使用。
背景技术：
在岩土工程实践中，经常需要研究各种重塑性细粒土在不同压实度下的物理力学性质，为工程实践提供指导。土样压实是所有土工试验第一步要做的工作，现阶段室内土工试验在制作不同压实度、含水率的试样时主要依靠手工经验，多是定性的控制，缺乏方便、定量控制、针对性强的制样装置；压实度都是通过含水率来控制的，而现在多是采用先将土样在外面拌匀后，再放进制样装置容器内进行压实，期间可能存在水分蒸发等影响试验精度，不利于实践应用，致使制出的试样内部压实度不均匀，含水率不准确，制样成品的压实度与设计值存在较大差距。考虑到现有制样装置采用纯手工制样或者是凭经验操作等带来的不便和精度差的因素，设计一种应用于细粒土控制压实度的制样装置显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明提出一种应用于细粒土控制压实度的制样装置，为室内土工试验制作不同含水率、不同压实度的重塑粘性土提供一种易于操作、控制精准的制样工具。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种应用于细粒土控制压实度的制样装置，包括刚性框架、搅拌系统、压实系统、蒸汽发生系统以及测量系统，所述刚性框架上设置有压实桶，压实桶的下方设置有与蒸汽发生系统相连的蒸汽导管；
所述压实系统包括驱动装置、压实杆以及与压实杆相连的活塞，压实杆与驱动装置相连，活塞设置在压实桶内且与压实桶的内径匹配，所述驱动装置控制压实杆上下伸缩移动进而带动活塞在压实桶内上下移动，将土样压实至所需体积；所述搅拌系统包括搅拌杆以及设置在搅拌杆端部的搅拌板，活塞上设置有与所述搅拌板外形匹配的第一通孔，搅拌杆与驱动装置相连，由驱动装置控制搅拌杆旋转并实现搅拌杆沿第一通孔的上下移动，当搅拌完成后搅拌杆在驱动装置的作用下向上位移使搅拌板的底面与活塞的底面紧密贴合且在同一水平面上；
所述蒸汽发生系统包括水箱、超声波蒸汽发生器以及涡轮蒸汽加压器，所述水箱与超声波蒸汽发生器相连，超声波蒸汽发生器与涡轮蒸汽加压器相连，涡轮蒸汽加压器与蒸汽导管相连，产生的高压蒸汽通过长细蒸汽导管注入土样中，实现对土样的均匀加湿；所述测量系统包括光纤、光纤解调仪以及含水率数显器，所述光纤沿压实桶内壁设置，光纤与光纤解调仪相连，用以检测土样温度和含水率等指标，在贯入蒸汽时，可以实时监测土样的含水率。
进一步的，所述压实桶包括一圆桶以及设置在圆桶下方的制样桶，压实桶的侧壁上竖直设置有一条形槽孔，条形槽孔内设置有亚克力刻度尺，以便于实时观察桶内土样的压实高度，从而确保试样压实度的准确性。
进一步的，所述制样桶包括两半圆瓣模，制样桶内设置有环刀，两半圆瓣模的侧壁上设置有固定锁以实现制样桶的自由开关，方便将制好的土样取出。
进一步的，所述环刀与土样接触的内表面以及压实桶内壁上均涂有特氟龙涂料层，以方便拆模。
进一步的，所述压实杆上还设置有水平挡板，所述水平挡板上设置有与搅拌杆匹配的第二通孔，搅拌杆穿过所述第二通孔，以对搅拌杆进行限位，达到稳定搅拌的效果。
进一步的，所述搅拌板的横截面形状为十字形，保证搅拌的更加均匀。
进一步的，所述压实桶内壁上设置有凹槽，所述光纤布设在所述凹槽内，以有效保护光纤，防止土体搅拌和压实时对光纤造成损伤、影响监测。
进一步的，所述蒸汽导管在试样底部高密度布设，蒸汽导管的内径为0.3mm-1mm，且在蒸汽导管的上方设置有滤纸，在增大水蒸气与试样接触面积的前提下防止土颗粒堵塞蒸汽导管。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明提出的压实度制样装置以蒸汽的形式对土样进行加湿，并通过光纤实现对土样含水率的实施监测，能准确的配置特定含水率的土样；通过精确的控制压实杆向下的位移量，并结合压实桶侧壁上的亚克力标尺准确的观察，实现定量控制，比如控制其干密度，将土样压到某一个位置(其对应的土样干密度)就停止，测试精度高；
(2)压实度都是通过控制含水率来控制的，本方案通过水蒸气的方式直接在压实桶内进行搅拌，水蒸气和土样混合均匀、加湿均匀；在压实过程中，同时能把含水率配好，避免了其他的试样在外面搅拌加湿、在容器内进行压实所引起的水分蒸发，进一步提高精度；
(3)现有的压实工具只做压实，压实完了之后，一般要放在击实试验仪上，根据击实曲线得到最大干密度和最优含水率关系；但是本方案所提出的制样装置除精确制样外，压实完了之后可直接进行击实试验、绘制击实曲线，确定土样的最优含水率和最大干密度，实现一体多用，省去了另外需要击实试验仪做试验的麻烦。
附图说明
图1为本发明实施例所述制样装置的整体结构示意图；
图2为图1中压实系统与搅拌系统的连接结构示意图；
图3为图1中压实桶的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
如图1所示，一种应用于细粒土控制压实度的制样装置，包括刚性框架6、搅拌系统、压实系统、蒸汽发生系统以及测量系统，所述刚性框架6上设置有压实桶13，压实桶13的下方设置有与蒸汽发生系统相连的蒸汽导管14；所述压实系统包括驱动装置1、压实杆4以及与压实杆4相连的活塞7，压实杆4与驱动装置1相连，所述驱动装置可以采用液压装置、电机等结构进行设计，为现有装置，在此不做详细阐述，活塞7设置在压实桶13内且与压实桶13的内径匹配，所述驱动装置1控制压实杆4上下伸缩移动进而带动活塞7在压实桶13内上下移动，将土样压实至所需体积；
所述搅拌系统包括搅拌杆3以及设置在搅拌杆3端部的搅拌板10，如图2所示，活塞7上设置有与所述搅拌板10外形匹配的第一通孔，本实施例中，所述搅拌板10的横截面为十字形，保证搅拌的更加均匀，搅拌杆3与驱动装置相连，由驱动装置控制搅拌杆旋转并实现搅拌杆沿第一通孔的上下移动，当搅拌完成后搅拌杆在驱动装置的作用下向上位移使搅拌板10的底面与活塞7的底面紧密贴合且在同一水平面上，为了实现准确的定位，所述压实杆4上固定设置有水平挡板5，所述搅拌杆3上设置有止挡块21，当底面紧密贴合时，搅拌杆3上的止挡块21恰好被挡板5止挡住，当压实杆向下位移时，搅拌板10与活塞7一起压实土样，并且，所述水平挡板5上设置有与搅拌杆3匹配的第二通孔，搅拌杆3穿过所述第二通孔，在搅拌时能够对搅拌杆3进行限位，达到稳定搅拌的效果。
另外，继续参考图1，所述蒸汽发生系统包括水箱18、超声波蒸汽发生器19以及涡轮蒸汽加压器17，本实施例中，蒸汽发生系统包括水箱、超声波蒸汽发生器以及涡轮蒸汽加压器均采用已有在售设备，所述水箱18与超声波蒸汽发生器19相连，超声波蒸汽发生器19与涡轮蒸汽加压器17相连，涡轮蒸汽加压器17与蒸汽导管14相连，产生的高压蒸汽通过长细蒸汽导管14注入压实桶中的土样中，实现对土样的均匀加湿；所述测量系统包括光纤9、光纤解调仪16以及含水率数显器8，所述光纤9沿压实桶13内壁设置，压实桶内壁上设置有与光纤匹配的凹槽，所述光纤布设在所述凹槽内，以有效保护光纤，防止土体搅拌和压实时对光纤造成损伤、影响监测，光纤9与光纤解调仪16相连，用以检测土样温度和含水率等指标，在贯入蒸汽时，可以实时监测土样的含水率，并通过含水率数显器进行显示。
如图3所示，所述压实桶13包括一圆桶131以及设置在圆桶131下方的制样桶132，压实桶13的侧壁上竖直设置有一条形槽孔20，条形槽孔20内设置有亚克力刻度尺，以便于实时观察桶内土样的压实高度，从而确保试样压实度的准确性，所述制样桶132包括两半圆瓣模，制样桶132内设置有环刀，两半圆瓣模的侧壁上设置有固定锁12以实现制样桶132的自由开关，方便将制好的土样取出。
另外，为方便拆模，所述环刀与土样接触的内表面以及压实桶内壁上均涂有特氟龙涂料层，并且蒸汽导管在试样底部呈高密度布设，蒸汽导管的内径为0.3mm-1mm，优选0.5mm，且在蒸汽导管的上方设置有滤纸，在增大水蒸气与试样接触面积的前提下防止土颗粒堵塞蒸汽导管。
下面结合具体的处理过程，对本发明所述制样装置的操作过程进行详细的说明：
(1)先进行预处理，测出环刀高度h0，环刀与特氟龙涂层的总重m0，环刀底面半径r0，并计算出压实桶底部面积(环刀底面积)s0；
(2)打开各项传感器、检查仪器的密封性后，将两半圆瓣模扣合后置于圆桶的正下方使其两侧刻度与压实桶两侧刻度吻合，打开超声波蒸汽发生器使其先预热5min-10min，向压实桶内倒入已经称好质量为m1的土样，记录此时的含水率ρ1；
(3)调整搅拌杆的位置使十字搅拌板全部贯入土样中，并打开开关使其转动，打开涡轮蒸汽加压器使产生的蒸汽以较大的压力注入土样中；
(4)通过含水率数显器实时监测其含水率的变化，当显示的数值达到ρ2时，关闭超声波蒸汽发生器、涡轮蒸汽加压器和十字搅拌板可得到含水率为ρ2的土样；
通过控制器使十字搅拌板沿活塞的第一通孔上升，待其底部与活塞底部吻合时搅拌杆恰被挡板挡住。
(5)打开驱动装置，设好压实杆向下的位移，同时通过压实桶两侧的亚克力刻度板实时观察土样压实情况；待刚性活塞位移到提前计算好的位置h后，关停驱动装置，静置1min-2min后打开两半圆瓣模，并取出环刀，利用削土刀将土样表面凹凸不平的部分削平，称重所得土样与环刀总重m1。
处理数据：设土样压实后的密度为υ，则有压实后土样的体积v1＝h*s0，质量
m1-土样初始质量；m2-含水率达到ρ2时土样质量；ρ1-土样初始含水率；ρ2-土样目标含水率；h-土样压实后高度；s0-压实桶、环刀横截面积。
精度检测：(m1-m0)＝η(ν*s0*h0)
h0-土样初始高度；m0-环刀质量；m1-土样与环刀质量。
根据实验统计结果，若|1-η|≤3％，则说明土样的精度达到标准。
在击实试验中，试样含水率为ρa，击实后试样的高度ha，试样质干密度为：
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。